利于提高硬度與耐磨性的齒輪的激光熔覆修復工藝的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種齒輪的激光修復工藝，包括以下步驟：A.對齒輪表面進行處理，對齒輪進行失效分析；B.對齒輪進行80℃至120℃的整體預熱，同時對齒輪待修復部位進行180℃至220℃的局部預熱；C.根據齒輪的失效分析結果，優化工藝參數，進行逐層激光熔覆，每層熔覆層的厚度小于或等于0.4mm，后一層熔覆層的邊緣從前一層熔覆層的邊緣向外延伸4mm至6mm，所采用的合金粉末的組分及重量百分比含量是C≤0.5%，Cr：38%至52%，B：1.5%至2.5%，Si：0.5%至1.5%，其余為Fe；D.進行檢測。該齒輪的激光修復工藝對齒輪表面進行激光熔覆，使其尺寸達到使用要求，修復后齒輪的硬度和耐磨性超過原有性能。
【專利說明】利于提高硬度與耐磨性的齒輪的激光熔覆修復工藝
[0001]本申請是分案申請，原申請的申請號:201210351302.4，申請日:2012-09_20，發
明創造名稱《齒輪的激光熔覆修復工藝》。
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種激光熔覆方法，尤其是一種齒輪的激光熔覆修復方法。
【背景技術】
[0003]齒輪在各行各業中的應用極其廣泛。由于齒輪的工作特性，要求其中心部位保證韌性的同時，齒面能達到硬度要求，以滿足使用時的強度要求。齒輪的咬合面要求高，作業勞動強度大，所以在齒面咬合區會最先出現磨損和剝落，導致齒輪失效報廢。激光熔覆是指以不同的添料方式在被熔覆基體表面上放置被選擇的涂層材料經激光輻照使之和基體表面一薄層同時熔化，并快速凝固后形成稀釋度極低，與基體成冶金結合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法，從而達到表面改性或修復的目的。與堆焊、噴涂、電鍍和氣相沉積相比，激光熔覆具有稀釋度小、組織致密、涂層與基體結合好、適合熔覆材 料多、粒度及含量變化大等特點。如何將激光熔覆技術有效的應用于齒輪修復，是本領域的技術人員需要解決的問題。
[0004]中國專利文獻CN100557082C公開了一種滲碳類重載齒類件齒面激光熔覆粉末材料及修復方法，粉末材料包括以下質量百分數的物質:0.80-1.10% C，7.50-9.00% Mn，
0.90-1.30% Cr, 0.20-0.35% Mo, 2.00-3.50% B, 2.50-3.50% Si，雜質 P ≤ 0.06%，雜質
S ≤0.04%，其余為Fe，粒度為一 140目~+260目。該方法選用的粉末材料C含量過高，雖然焊接性較好，但是容易產生裂紋，另外Cr、Mn、Mo含量較低，雖然有一定的合金強化作用，但是效果仍不明顯。
[0005]中國專利文獻CN102021568A公開了一種激光強化齒輪件的方法，包括以下步驟:O依照現有技術加工齒輪件，要求輪齒厚度比設計值小1.5mm ；2)將齒輪裝入激光強化設備上，并將齒輪預熱至400-500°C ；3)對齒輪件表面進行激光掃描，激光輸出功率為5kw，掃描速度為480mm/min，送粉率為18g/min，在一個工步中送粉與激光熔覆同步進行，將含有耐磨材料的金屬粉末熔覆到齒輪表面，形成熔覆厚度3mm的激光強化層并預留打磨余量，激光束為15X2.5寬帶矩形光斑；采用分三層分別進行掃描熔覆的方式進行熔覆。該方法分三層用三種不同成分的粉末進行熔覆，過余繁瑣，并且其預熱溫度較高，激光輸出功率較高，會使得齒輪整體溫度過高產生熱變形。

【發明內容】

[0006]本發明要解決的技術問題是提供一種對齒輪表面進行激光熔覆，使其尺寸恢復到使用要求，并且修復后的硬度和耐磨性超過原有性能的齒輪的激光熔覆修復工藝。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供了一種齒輪的激光修復工藝，包括以下步驟:A.對齒輪表面進行處理，對齒輪進行失效分析；
B.對齒輪進行80°C至120°C的整體預熱，同時對齒輪待修復部位進行180°C至220°C的局部預熱；
作為優化的實施方案，對齒輪進行100°c的整體預熱，同時對齒輪待修復部位進行200°C的局部預熱；
C.根據齒輪的失效分析結果，優化工藝參數，進行逐層激光熔覆，從齒槽內的最低點開始激光熔覆，每層熔覆層的厚度小于或等于0.4mm,后一層熔覆層覆蓋在前一層熔覆層上，且后一層熔覆層的邊緣從前一層熔覆層的邊緣向外延伸4 mm至6mm ;
采用預置送粉的方式，以快速橫流二氧化碳激光器為光源對齒輪進行連續搭接掃描；激光功率為1500W至1900W，標高為260mm至275mm，光斑尺寸為IOmmX 1.8mm,掃描速度為110mm/min至130mm/min,搭接量為6.5mm,送粉量為12g/min至18g/min ;所采用的合金粉末的組分及重量百分比含量是C≤0.5%，Cr:38%至52%，B:1.5%至2.5%，S1:0.5%至1.5%，其余為Fe ；
作為優化的實施方案，根據齒輪的失效分析結果，優化工藝參數，進行逐層激光熔覆，從齒槽內的最低點開始激光熔覆，每層熔覆層的厚度為0.4mm，后一層熔覆層覆蓋在前一層熔覆層上，且后一層熔覆層的邊緣從前一層熔覆層的邊緣向外延伸5mm ；
采用預置送粉的方式，以快速橫流二氧化碳激光器為光源對齒輪進行連續搭接掃描；激光功率為1700W，標高為270_，光斑尺寸為10_X 1.8mm,掃描速度為120mm/min，搭接量為6.5mm,送粉量為15g/min ;所采用的合金粉末的組分及重量百分比含量是C:0.5%, Cr:45%, B:2%，S1:1%，其余為 Fe ；
D.進行檢測。
[0008]為了使得待修復的齒輪在激光熔覆的過程中修復成功，并且獲得更好的修復效果，一種優選的技術方案是:上述步驟A是將齒輪上的灰塵、油污、銹蝕清除；檢測齒輪各部位的尺寸，確定失效部位及其磨損量，確定齒輪變形量；去除齒輪失效部位的疲勞層0.5mm至2mm,并進行清洗。
[0009]為了保證修復后的齒輪的質量，一種優選的技術方案是:上述步驟D是檢測齒輪表面硬度；檢測齒輪變形量；對齒輪表面進行機械加工；進行探傷、校驗。
[0010]本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點:
(I)本發明的齒輪的激光修復工藝中采用自制的合金粉末，合金粉末的成分中通過嚴格控制C的含量，使其具有良好的潤濕性，以防止在熔覆過程中產生裂紋；通過添加適量的
B、Si使合金在凝固后形成以奧氏體為主的基體，以滿足其硬度要求，并且使得合金粉末具有良好的自熔性；僅利用Cr元素對鐵基合金進行元素強化，并且合金粉末中Cr元素的含量明顯高于現有技術，在不影響焊接性的前提下，可以使得修復后齒輪表面的硬度和耐磨性顯著提高。
[0011](2)本發明的齒輪的激光修復工藝采用寬帶激光束，效率更高；采用預置送粉的方式，嚴格控制送粉量，并對激光 功率、掃描速度、搭接量等進行了優化，使得熔覆層的組織均勻性好、厚度和硬度均勻。該工藝使得熔覆層與齒輪失效部位的基體的熔合率高、結合緊密，齒輪變形量小，齒輪表面沒有裂紋和氣孔，硬度高，具有極好的耐磨性。
[0012](3)本發明的齒輪的激光修復工藝采用齒輪在低溫100°C左右進行整體預熱，齒面在中溫200°C左右進行進行局部預熱，可以避免整體高溫預熱使得齒輪產生熱變形，同時有效地降低了局部堆焊的溫度梯度，減小了激光熔覆過程中的應力。此外，該工藝采用逐層激光熔覆的方法，每層熔覆層的厚度不超過0.4mm，后一層熔覆層將前一層熔覆層完全覆蓋住，兩者的邊緣不重疊，也可以有效的防止應力的集中。采用該工藝修復的齒輪，在激光熔覆后無需進行保溫，更無需進行退火。
【具體實施方式】
[0013]本實施例的齒輪的激光修復工藝的具體步驟如下:
A.對待修復的齒輪表面進行處理，對齒輪進行失效分析。
[0014]將齒輪上的灰塵、油污、銹蝕等清除；檢測齒輪各部位的尺寸，確定失效部位及其磨損量，檢驗齒輪是否有變形現象；通過打磨去除齒輪失效部位的疲勞層0.5mm,并進行清洗。
[0015]B.對齒輪進行整體預熱，整體預熱溫度為100°C，同時對齒輪的待修復部位進行局部預熱，局部預熱溫度為200°C。
[0016]C.根據齒輪的失效分析結果，優化工藝參數，進行逐層激光熔覆，從齒槽內的最低點開始激光熔覆，每層熔覆層的厚度為0.4mm,后一層熔覆層覆蓋在前一層熔覆層上，且后一層熔覆層的邊緣從前一層熔覆層的邊緣向外延伸，延伸的距離為5mm。
[0017]采用預置送 粉的方式，以快速橫流二氧化碳激光器為光源對齒輪的待修復部位進行連續搭接掃描。激光功率為1700W，標高(即激光器離作用物之間的距離，標高=焦距+離焦量)為270mm，光斑尺寸為10_X 1.8mm,掃描速度為120 mm/min,搭接量為6.5mm,送粉量為15g/min。所采用的合金粉末的組分及重量百分比含量是C:0.5%，Cr:45%，B:2%，Si:1%，其余為Fe。
[0018]D.修復結束后，進行檢測。
[0019]檢測表面硬度；檢測變形量；對齒輪表面進行機械加工；進行探傷，檢測是否有氣孔、夾渣、裂痕等影響齒輪機械性能的缺陷；進行校驗，檢驗質量是否合格。
[0020]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而并非是對本發明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的保護范圍之中。
【權利要求】
1.一種齒輪的激光修復工藝，其特征在于，包括以下步驟: A.對齒輪表面進行處理，對齒輪進行失效分析； B.對齒輪進行100°C的整體預熱，同時對齒輪待修復部位進行200°C的局部預熱； C.根據齒輪的失效分析結果，優化工藝參數，進行逐層激光熔覆，從齒槽內的最低點開始激光熔覆，每層熔覆層的厚度為0.4mm,后一層熔覆層覆蓋在前一層熔覆層上，且后一層熔覆層的邊緣從前一層熔覆層的邊緣向外延伸5mm ； 采用預置送粉的方式，以快速橫流二氧化碳激光器為光源對齒輪進行連續搭接掃描；激光功率為1700W，標高為270_，光斑尺寸為10_X1.8_，掃描速度為120mm/min，搭接量為6.5mm,送粉量為15g/min ;所采用的合金粉末的組分及重量百分比含量是C:0.5%, Cr:45%, B:2%，S1:1%，其余為 Fe ； D.進行檢測。
2.按照權利要求1所述的齒輪的激光修復工藝，其特征在于:所述步驟A是將齒輪上的灰塵、油污、銹蝕清除；檢測齒輪各部位的尺寸，確定失效部位及其磨損量，確定齒輪變形量；去除齒輪失效部位的疲勞層0.5mm至2mm，并進行清洗。
3.按照權利要求1所述的齒輪的激光修復工藝，其特征在于:所述步驟D是檢測齒輪表面硬度；檢測齒輪變形`量；對齒輪表面進行機械加工；進行探傷、校驗。
【文檔編號】C23C24/10GK103668176SQ201310239780
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月20日 優先權日:2012年9月20日
【發明者】鄧琦林, 劉少彬, 何建方, 馬萬花 申請人:丹陽宏圖激光科技有限公司